全膜覆土穴播種植技術(shù)對旱地冬小麥土壤微生物活性的影響

王　靜，王廷璞，張明莉，魏文娟，付蓉蓉

(甘肅省天水師范學院生物工程與技術(shù)學院， 甘肅 天水 741001)

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全膜覆土穴播種植技術(shù)對旱地冬小麥土壤微生物活性的影響

王靜，王廷璞，張明莉，魏文娟，付蓉蓉

(甘肅省天水師范學院生物工程與技術(shù)學院， 甘肅 天水 741001)

摘要：在甘谷地區(qū)采用田間試驗方法，以傳統(tǒng)耕作方式為對照，設全膜覆土穴播、全膜不覆土穴播2種不同覆膜方式，研究了全膜覆土穴播種植對冬小麥土壤微生物活性、養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：① 全膜穴播種植方式能明顯提高冬小麥各生育期的土壤微生物量C、N。與傳統(tǒng)耕作相比，全膜覆土穴播種植方式和全膜不覆土穴播種植方式土壤微生物量C、N含量平均提高29.87%，21.42%和20.59%，16.57%。② 全膜覆土穴播種植方式各生育期小麥的土壤脲酶和蔗糖酶活性均明顯高于傳統(tǒng)耕作的，而堿性磷酸酶活性有所不同。③ 各處理土壤微生物量和酶活性與冬小麥的生長發(fā)育呈正相關(guān)。④ 全膜覆土穴播種植方式明顯提高冬小麥產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分含量。因此，全膜覆土穴播種植方式是適合該區(qū)旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效模式之一。

關(guān)鍵詞：全膜覆土穴播種植方式；微生物量；酶活性；養(yǎng)分；產(chǎn)量

甘谷地處甘肅省中東部的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)年降雨量小，蒸發(fā)量遠遠高于降雨量。水資源極缺，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水主要依靠自然降水，是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，十年九旱。全膜覆土穴播種植技術(shù)是一項以集雨、抑制土壤水分蒸發(fā)、充分利用光熱資源、節(jié)約勞動力、節(jié)本增效、免耕、多茬種植為一體的高效旱作農(nóng)業(yè)新技術(shù)，被全國小麥專家稱為“甘谷模式”[1-2]。張平良等研究表明全膜覆土穴播種植技術(shù)可顯著提高春小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[3]；王紅麗等研究旱地全膜覆土穴播種植技術(shù)對土壤水熱效應的影響，發(fā)現(xiàn)其增溫效果在春小麥拔節(jié)期前最為明顯[4]；倪麗佳等認為覆膜后盆栽和大田土壤有機質(zhì)和pH變化不明顯[5]。目前，國內(nèi)有關(guān)全膜覆土穴播種植技術(shù)的研究較集中于經(jīng)濟效益和保水保墑等方面，而對其土壤理化性質(zhì)的研究較少[6-8]。本文就不同覆膜種植方式對冬小麥土壤微生物活性，養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響進行深入分析，試圖從土壤理化角度研究其對土壤環(huán)境的影響，并為其進一步推廣應用提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗2012年10月在甘肅省甘谷縣西坪鄉(xiāng)(34°54′4″N， 105°26′57″E)進行。試區(qū)屬中溫帶半干旱區(qū)，海拔1 450 m，年均氣溫8.4℃，年平均降水400.9 mm。土壤為典型的黃綿土，土質(zhì)綿軟，土層深厚，質(zhì)地均勻，儲水性能良好。0～30 cm土壤凋萎含水率7.3%，飽和含水率21.9%。主要理化性質(zhì)如表1所示。

表1　試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)

1.2試驗設計

試驗設3個處理，采用冬小麥/油菜輪作，每個處理3次重復，共9小區(qū)，小區(qū)面積20 m2。各處理分別為傳統(tǒng)耕作方式(M0)、全膜覆土穴播(M1)、全膜不覆土穴播(M2)。施有機肥60 000 kg·hm-2，施N 150 kg·hm-2，P2O5100 kg·hm-2。冬小麥品種為蘭天20號，油菜籽為隴油6號。田間管理同大田。

傳統(tǒng)耕作方式(M0)為將地平整后，采用穴播機播種，播種深度一般為3～5 cm，行距為18～20 cm，穴距為10 cm，播種密度為45 萬·hm-2左右，每穴8～12粒，播種量225 kg·hm-2左右。

全膜覆土穴播種植方式(M1)為全地面、全生育期地膜覆蓋，鋪膜時膜面要求平整，使地膜緊貼地面，同時在膜上覆一層薄土，覆土厚度以1～2 cm左右為宜，鋪膜覆土1～2 d后進行播種，播種方式同上。

全膜不覆土穴播種植方式(M2)與M1處理的覆膜方式相同，不同之處是M2處理在膜上不覆土，鋪膜1 d后進行播種，播種方式同上。

1.3樣品采集與測定

測定土壤活性的土壤樣品，分別在冬小麥的返青期，拔節(jié)期，抽穗期，成熟期用“S”形取樣法分別采取0～30 cm土層土樣混合均勻后分成兩份，一份新鮮土樣裝入無菌袋，帶回實驗室，4℃保存，備測土壤微生物量C、N；另一份新鮮土樣過2 mm篩后，置于陰涼處風干后備測土壤酶活性。土壤微生物量碳、氮采用Vance等的氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，浸提液中微生物量碳(BC)采用重鉻酸鉀氧化滴定法測定[9]，微生物量氮(BN)采用 凱氏定氮法測定[10]。BC=EC/0.38，BN=EN/0.54，其中EC和EN為熏蒸土樣與未熏蒸土樣之差。脲酶，蔗糖酶和堿性磷酸酶分別采用靛酚藍比色法，硫代硫酸鈉滴定法，磷酸苯二鈉比色法測定[11]。脲酶活性以3 h后每克土NH3-N的毫克數(shù)表示，蔗糖酶活性以24h后每克土消耗0.1 mol·L-1硫代硫酸鈉毫升數(shù)表示，堿性磷酸酶以24 h后每克土酚的毫克數(shù)表示。

測定土壤養(yǎng)分的土壤樣品，冬小麥收獲后，用“S”形取樣法分別采取0～30 cm土層土樣混合均勻后，裝入塑料袋，自然風干，備測。且對冬小麥的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進行測定。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法，土壤全氮采用開氏定氮法，土壤堿解氮采用堿解擴散法，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，土壤pH采用PHS-3E酸度計測定[12]。

2結(jié)果分析

2.1不同覆膜方式對土壤微生物活性的影響

2.1.1土壤微生物量碳全膜穴播種植方式可明顯提高冬小麥土壤微生物量碳的含量。由表2可以看出，冬小麥各生育期土壤微生物量碳基本呈現(xiàn)M1>M2>M0，差異顯著(P<0.05)。冬小麥各生育期，與M0處理相比，M1和M2處理土壤微生物量碳分別增加33.77%和32.12%(返青期)，30.13%和23.88%(拔節(jié)期)，25.61%和20.01%(抽穗期)，29.98%和6.34%和(收獲期)。隨著冬小麥生育期的推進，各處理土壤微生物量碳含量整體呈先上升后下降的變化趨勢(表2)。其中各處理土壤微生物量碳均在拔節(jié)期出現(xiàn)峰值，M0為125.03 mg·kg-1，M1為162.70 mg·kg-1，M2為154.89 mg·kg-1。

表2　不同覆膜方式對土壤微生物活性的影響

注：同一行不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note: Different low letters in the same row represent significant difference atP<0.05 between treatments at the same growing stage.

2.1.2土壤微生物量氮全膜穴播種植方式可顯著提高冬小麥土壤微生物量氮的含量。由表2可以看出，冬小麥各生育期，與M0處理相比，M1和M2處理土壤微生物量氮含量分別增加27.52%和12.91%(返青期)，16.50%和16.25%(拔節(jié)期)，17.85%和15.75%(抽穗期)，23.79%和21.37%(收獲期)。且隨著冬小麥生育期的推進，各處理土壤微生物量氮含量的變化趨勢與土壤微生物量碳含量相似，即呈先上升后下降的變化趨勢(表2)。其中各處理土壤微生物量氮均在拔節(jié)期出現(xiàn)峰值，M0為7.64 mg·kg-1，M1為8.90 mg·kg-1，M2為7.65 mg·kg-1。

2.1.3脲酶全膜穴播種植方式對土壤脲酶活性顯著影響。由表2可以看出，冬小麥各生育期，M1和M2處理的土壤微生物量脲酶活性均高于M0處理的，差異顯著(P<0.05)。與M0處理相比，M1和M2處理土壤脲酶活性分別增加28.27%和24.17%(返青期)，6.90%和2.57%(拔節(jié)期)，9.38%和9.07%(抽穗期)，4.65%和6.36%(收獲期)，處理間差異顯著。各處理土壤脲酶活性與冬小麥生育期也呈正相關(guān)，即先上升后下降的變化趨勢(表2)。各處理土壤脲酶活性在拔節(jié)期出現(xiàn)峰值，M0為NH3-N 5.27 mg·g-1·3h-1，M1為NH3-N 5.06 mg·g-1·3h-1，M2為NH3-N 4.93 mg·g-1·3h-1。

2.1.4蔗糖酶不同覆膜方式對冬小麥土壤蔗糖活性的影響存在差異。由表2可以看出，與M0處理相比，M1處理土壤蔗糖酶活性分別增加3.24%(返青期)，5.85%(拔節(jié)期)，20.10%(抽穗期)，3.58%(收獲期)，處理間差異顯著(P<0.05)。冬小麥各生育期，M2處理的土壤蔗糖酶活性較M0處理的低。隨著冬小麥生育期的推進，各處理土壤蔗糖酶活性整體呈先上升后下降的變化趨勢(表2)。各處理土壤脲酶活性在拔節(jié)期出現(xiàn)峰值，M0為6.04葡糖糖mg·g-1·24h-1，M1為6.40葡糖糖mg·g-1·24h-1，M2為5.95葡糖糖mg·g-1·24h-1。

2.1.5堿性磷酸酶不同覆膜種植方式對土壤堿性磷酸酶活性的影響存在差異。由表2可以看出，土壤堿性磷酸酶活性在冬小麥的返青期，拔節(jié)期，抽穗期和成熟期3個處理中呈傳統(tǒng)耕作大于地膜覆蓋(M0>M1，M0>M2)。由表2還可以看出，各處理土壤堿性磷酸酶活性各生育期變化與前兩者酶活性變化相似，不同之處是M1，M2處理在收獲期出現(xiàn)峰值28.63酚mg·g-1·24h-1，26.31酚mg·g-1·24h-1。

由此可見，全膜穴播種植方式有利于土壤微生物量碳、氮含量和脲酶、蔗糖酶活性的提高，且全膜覆土穴播種植方式下土壤微生物活性高于全膜不覆土穴播種植方式的。各處理土壤微生物量碳、氮含量和脲酶、蔗糖酶活性與冬小麥生長發(fā)育呈正相關(guān)。土壤堿性磷酸酶活性的變化趨勢不同，這可能與土壤水分、空氣、pH和無機磷含量有關(guān)。

2.2不同覆膜方式對土壤養(yǎng)分的影響

不同覆膜方式對土壤養(yǎng)分含量的影響存在差異。由表3可以看出，冬小麥收獲后，與M0處理相比，M1和M2處理的堿解氮與速效磷含量顯著增加，分別增加16.67%和16.44%，9.98%和11.64%；而土壤有機質(zhì)、全氮和pH值卻明顯下降，分別降低1.75%、5.21%、0.97%和2.99%、7.29%、0.91%。這主要是由于覆膜使土壤微生物活性增強，有機質(zhì)分解加快，土壤中CO2濃度增高，氮肥利用效率提高，從而使土壤有機質(zhì)、全氮和pH值降低。這與井大煒研究結(jié)果一致[13]。

表3　不同覆膜方式對土壤養(yǎng)分的影響

注：不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note: Different low erase in the same column represent significant difference atP<0.05 between treatments in the same growing stage.

2.3不同覆膜方式對冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表4可知，M1和M2處理的冬小麥株高與千粒重明顯高于M0處理，處理間差異顯著；三種種植方式下，冬小麥穗長、穗重和穗粒數(shù)存在差異，但差異不顯著。由表4還可知，全膜覆土穴播種植方式的冬小麥產(chǎn)量最高，每公頃達到7 188 kg。與M0和M2處理相比，M1處理的冬小麥產(chǎn)量增加19.56%和5.96%。由此可見，全膜覆土穴播種植方式可明顯提高冬小麥產(chǎn)量。

表4　不同覆膜方式對冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

注：不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note: Different low letters in the same column represent significant difference atP<0.05 between treatments at the same growing stage.

3討論

許多研究學者指出，土壤微生物量和酶活性能夠靈敏、及時、準確地反映土壤質(zhì)量的變化狀況及不同耕作措施導致的土壤差異性[14-16]。地膜覆蓋對土壤微生物活性影響的研究已有較多的報道，然而其研究結(jié)果存在分歧[14，17-19]。本研究結(jié)果表明，全膜覆土穴播種植方式有利于土壤微生物量碳和氮，脲酶和蔗糖酶活性的提高。其原因主要是全膜覆蓋為旱地土壤微生物提供了豐富的營養(yǎng)和適宜的生存環(huán)境。這與薛菁芳和時向東等研究結(jié)果一致[18-19]。此外，全膜穴播種植方式下土壤磷酸酶活性降低。土壤磷酸酶強弱與土壤pH值有密切關(guān)系。本研究在土壤pH的測定中發(fā)現(xiàn)，全膜覆蓋穴播種植方式(M1和M2)與傳統(tǒng)耕作方式(M0)相比土壤pH下降了近1個單位，pH的下降有利于石灰性土壤中磷酸鈣中磷的釋放，土壤無機磷含量升高不但抑制堿性磷酸酶活性，而且也影響根系合成堿性磷酸酶[20]，從而造成傳統(tǒng)耕作土壤堿性磷酸酶活性較地膜覆蓋的高。

微生物在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動中起著重要作用，土壤微生物生物活性及其周轉(zhuǎn)對植物有效養(yǎng)料起著儲備“庫”和“源”的作用，對土壤中碳、氮、磷的有效性及其在陸地生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)具有深刻影響。種植方式，耕作管理，作物種類和作物生長等因子對土壤微生物活性有顯著影響[14-16,21]。本研究結(jié)果表明，土壤微生物量碳和氮含量，脲酶和蔗糖酶活性在冬小麥生育期呈先上升后下降的變化趨勢，在拔節(jié)期出現(xiàn)最大值。這主要由于，一方面，地溫是影響土壤微生物活性的一個重要因素，春季隨氣溫回升，地溫也呈現(xiàn)上升趨勢，從而促使微生物活性增強。另一方面，拔節(jié)期是冬小麥年生長周期中新陳代謝旺盛的時期，該時期是土壤釋放易吸收可利用養(yǎng)分最多的時期，又是植物吸收養(yǎng)分最多的時期，因此該時期土壤微生物活性最強。最后，在冬小麥的生長后期，作物新陳代謝減弱，根系活力降低，大量土壤養(yǎng)分被作物吸收利用，土壤微生物活性下降。這種土壤微生物活性與植株生長發(fā)育呈正相關(guān)的現(xiàn)象在其它文獻中也有相似報道[21-22]。此外，全膜穴播種植方式下土壤堿性磷酸酶活性在收獲期出現(xiàn)峰值，這可能與土壤中無機磷含量有關(guān)。影響土壤堿性磷酸酶活性的因素較為復雜，有待進一步研究。

全膜覆土穴播種植方式通過全地面、全生育期地膜覆蓋，膜上覆土1～2 cm，能更好地抑蒸保墑，提高水分利用率，不僅可以解決地膜小麥苗穴錯位、地膜老化等問題，而且延長了地膜的使用壽命，保證了留膜免耕、多茬種植，有效地降低了生產(chǎn)成本，操作簡單易行，增產(chǎn)效果顯著。本研究表明全膜覆土穴播種植方式可明顯提高冬小麥產(chǎn)量和土壤堿解氮、速效磷含量。

4結(jié)論

全膜覆土穴播種植方式在冬小麥全生育期內(nèi)可顯著提高土壤微生物活性，而土壤堿性磷酸酶活性有所不同。隨著冬小麥生育期的推進，土壤微生物活性基本呈先上升后下降的變化趨勢，這一結(jié)果與冬小麥生長發(fā)育呈正相關(guān)。且全膜覆土穴播種植方式可明顯增加土壤速效養(yǎng)分含量和冬小麥產(chǎn)量。因此，全膜覆土穴播種植方式是適合該區(qū)旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效模式之一。

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Effects of whole film casing mode bunch on soil microbial activities of winter wheat in dryland

WANG Jing, WANG Ting-pu, ZHANG Ming-li, WEI Wen-juan, FU Rong-rong

(CollegeofBio-engineeringandtechnology,TianshuiNormalUniversity,Tianshui,Gansu741001,China)

Abstract：A field test in Gangu was carried out by setting up three treatments including whole film casing mode bunch (M1), whole film no overburden bunch (M2), and conventional tillage (CK), to investigate the effects of whole film casing mode bunch on soil microbial activities, nutrient contents and yield of winter wheat. Results showed that compared with CK, C and N of soil microbial biomass were increased by 29.87% & 21.42%, and 20.59% & 16.57% by M1 and M2 during the whole growing stage of winter wheat. In addition, compared with CK, M1 could significantly increase sucrase and urease activities at different growing stages, while resulted in different alkaline phosphatase activity. C and N of soil microbial biomass and enzyme activities were positively correlated with the winter wheat growth stages in each treatment. After harvest, M1 treatment could significantly increase winter wheat yield and soil available nutrient contents. In conclusion, M1 can significantly promote soil microbial biomass, enzyme activities and winter wheat yield.

Keywords:whole film casing mode bunch; soil microbial biomass; enzyme activities; nutrient contents; yield

中圖分類號：S154.3

文獻標志碼：A

作者簡介：王靜(1982—)，女，甘肅天水人，講師，碩士研究生，主要從事土壤微生物方面的研究工作。 E-mail：wjing1228@126.com。

基金項目：甘肅省青年科技研究基金項目“旱地全膜覆土穴播種植技術(shù)對土壤微生物和酶活性的影響”(1308RJYE041)；甘肅天水市科技星火計劃

收稿日期：2015-01-11

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.17

文章編號：1000-7601(2016)02-0108-05